مهاربندی با دیوار حائل دیافراگمی (دوغابی) و مزایای آن

 Vote: 0 person
مهاربندی با دیوار حائل دیافراگمی (دوغابی)

دیوار حائل دیافراگمی یا دوغابی روشی (Diaphragm Pile Wall) برای مهاربندی، تثبیت و پایدار کردن خاک گودبرداری‌ها، با استفاده از آرماتور و بتن است. طراحی دیوار دیافراگمی با استفاده از نرم افزارهای تخصصی مانند Geo-Slope و Plaxis 2D صورت می‌گیرد. از مشخصات این دیوارها می‌توان به ضخامت دیوارها و عرض پانل‌ها اشاره کرد که به ترتیب 0.6 تا 1.1 متر و 2.5 - 6 متر است. اولین مرحله اجرای دیوار دوغابی پس از حفاری، هدایت دوغاب بنتونیت به درون بارت‌ها است. پس از آن، آرماتورگذاری، آب‌بندی درزها و بتن‌ریزی انجام می‌گیرد. برای اجرای عملیات مهاربندی با دیوار دیافراگمی، دستگاه‌های مختلفی وجود دارد؛ از جمله دستگاه هیدروفیز و دستگاه گراب. سرعت و ایمنی بالا در اجرای عملیات از مزیت های این روش مهاربندی است. از معایب آن نیز نیاز به فضای نسبتاً زیاد برای قرار گرفتن دستگاه‌ها و اجرای عملیات است؛ همچنین، در مورد پروژه‌های کوچک مقرون به صرفه نیست.

دیوار دیافراگمی چیست؟

در بسیاری از موارد، برای استحکام سازه‌های مختلف نیاز به حفر گودهایی وجود دارد که عمق آن‌ها کاملا به نوع سازه، اندازه سازه، ویژگی‌های محیطی، خاک و سایر عوامل این چنینی وابسته است. دیوار حائل دیافراگمی برای مهاربندی این گودها یا به عبارت دیگر، جلوگیری از ریزش آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع، این نوع دیوار یک روش مقاوم سازی گود است که به خصوص برای اجرای زیرساخت‌های مترو، دیواره‌های محافظ در سدسازی و سازه‌های دیگری که برای اجرای آن‌ها ابتدا نیاز به حفر گود وجود دارد، کاربرد دارد.

زمانی که می‌خواهند گودال‌ها را با استفاده از دیوارهای دیافراگمی مهاربندی کنند، ممکن است در حین حفاری جداره‌های دیوار ریزش کرده و ادامه عملیات را با مشکل مواجه سازد. به همین خاطر، در هنگام حفاری از دوغاب بنتونیت استفاده می‌شود تا از ریزش موضعی دیوارها به صورت موقت جلوگیری کند. با توجه به این موضوع، دیوار حائل دیافراگمی با عنوان دیوار دوغابی هم شناخته می‌شود. اجزای اصلی این دیوارها را میلگرد آجدار و بتن تشکیل می‌دهند که از استحکام بسیار مناسبی برخوردارند. دیوراهای دوغابی یا همان حائل دیافراگمی، با توجه به نوع سازه در ضخامت‌های گوناگونی هم ساخته می‌شوند.

طراحی دیوار دیافراگمی

برای طراحی این دیوارها از نرم افزارهای شبیه سازی و مهندسی گوناگونی استفاده می‌شود. هم نرم افزارهای دو بعدی و هم سه بعدی برای این کار مناسب هستند که بسته به نظر مهندسین طراح، نرم افزار مناسب طراحی انتخاب می‌گردد. در بسیاری از موارد، جهت طراحی دیوار حائل دیافراگمی اطلاعات مربوط به ۱ متر از آن را به نرم افزارهای تعادل حدی مانند Geo-Slope یا نرم افزارهای اجزای محدود همچون Plaxis 2D داده و ضریب اطمینان را بر اساس آن به دست می‌آورند. همچنین تغییر مکان‌های دیواره هم با کمک این نرم افزارها به دست می‌آید.

امکان طراحی و شبیه سازی دیوارهای دوغابی با نرم افزارهای سه بعدی مانند Plaxis 3D هم وجود دارد. این گونه نرم افزارها کل دیوار را برای شما طراحی و شبیه سازی نموده و فقط کافی است مشخصات مصالح داده شود. به طور کلی، طراحی و شبیه‌سازی این دیوارها باید با توجه به موارد زیر صورت گیرد:

  1. ضخامت و عمق دیوار
  2. جنس خاک
  3. وجود سفره‌های آب زیر زمینی

درصورتی که موارد بالا باعث ایجاد محدودیت در روند طراحی گردد، ممکن است استفاده از نرم افزارهای دیگری هم لازم شود.

کاربردهای دیوار حائل دیافراگمی

دیوار دوغابی کاربردهای متعددی دارد و در برخی شرایط که نیاز به مقاوم‌سازی گود باشد، می‌توان از آن بهره برد. رایج ترین کاربردهای این نوع دیوار در موارد زیر است.

  • ساخت انواع تونل و ایستگاه‌های مترو.
  • ایجاد لایه‌های ناتراوا برای آب‌بندی هسته سدهای خاکی.
  • ساخت پارکینگ‌های طبقاتی زیر زمینی.
  • استفاده از آن به عنوان دیوار حائل.
  • بکارگیری در مکان‌هایی که نیاز به یک سیستم نگهدارنده بسیار صلب وجود دارد.
  • استفاده از این نوع دیوار در مخازن ذخیره آب، نفت و غیره.
  • به کارگیری دیوار دوغابی در شفت TBM
  • ایجاد زیر زمین.

مشخصات و اَشکال مختلف دیوار حائل دیافراگمی

با توجه به شرایط محیطی و ویژگی‌های گود، دیوار دوغابی می‌تواند در اشکال مختلفی ساخته شود. مشخصات و اندازه‌های این دیوارها در وهله اول به نوع کاربری و شرایط گود بستگی دارد. برخی ویژگی‌ها و مشخصات بر اساس استانداردهای این کار از قبل تعریف شده‌‌اند. برای مثال، ضخامت این نمونه دیوارها بین ۰.۶ تا ۱.۱ متر می‌باشد. هر قدر نیاز به مقاومت بیشتری وجود داشته باشد، ضخامت دیوار هم بیشتر در نظر گرفته می‌شود.

دیوار حائل دیافراگمی یا دوغابی عمدتا به شکل پانل‌هایی ساخته می‌شود که ارتفاع آن‌ها با عمق گود متناسب است. عرض پانل‌ها هم معمولا بین ۲.۵ تا ۶ متر است. البته گاهی اوقات بسته به نوع دستگاه‌های حفاری و شرایط خاک، ممکن است این عرض تا ۷ متر یا حتی مقدای بیشتر هم افزایش پیدا کند. عرض‌های کوچک برای محیط‌هایی استفاده می‌شود که خاکی سست دارند، سربار زیاد است یا این که حفاری در عمق زیادی انجام می‌گیرد. در این گونه موارد، استفاده از پانل‌های عریض می‌تواند موجب ریزش و دردسرهای بعد از آن شود.

البته پانل‌های با عرض بیشتر مانند ۶ یا ۷ متر که معمولا برای خاک مستحکم و عمق حفاری نه چندان زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند هم خود به چند بارت تقسیم‌بندی می‌شوند. منظور از بارت، تبدیل عرض پانل به چند قطعه کوچک‌تر و حفاری آن‌ها به صورت جداگانه است. شکل پانل‌های دیوار دوغابی تا حد امکان به صورت مستطیلی (I) انتخاب می‌شود. اما با توجه به شرایط گودال و محیط حفاری، از اشکال دیگری مانند L ،T و Uهم استفاده می‌شود.

مراحل اجرای دیوار حائل دیافراگمی

برای ساخت دیوارهای دوغابی، یک سری مراحل کلی وجود دارد که باید به ترتیب طی شوند. هر یک از این مراحل هم شرایط و استانداردهای خود را دارند که باید به‌ خوبی رعایت شوند. مراحل اصلی اجرا و ساخت این دیوارهای مهاربند، به شرح ذیل است.

1- مرحله حفاری

اولین قدم برای ساخت دیوار حائل دیافراگمی، حفاری مکان آن می‌باشد. در این مرحله، ابتدا سطح در نظر گرفته شده برای اجرای دیوار مسطح گردیده و موانع طبیعی و مصنوعی از روی آن برداشته خواهند شد. قبل از این که حفاری اصلی شروع شود، برای اجری صحیح دیوار دوغابی و جلوگیری از انحراف آن، ابتدا دیوار هادی اجرا می‌شود. این دیوار همان گونه که از نام آن هم مشخص است، ابزار حفاری را هدایت می‌کند تا از مسیر خود منحرف نشوند. دیوار هادی معمولا دو دیوار به ارتفاع ۱ تا ۲ متر در طرفین دیوار اصلی هستند و فاصله میان آن‌ها هم به ضخامت دیوار حائل بستگی دارد.

بعد از این که دیوار راهنما به اتمام رسید، برای راحتی کار حفاری، محل دیوار دیافراگمی را به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم می‌کنند که به آن‌ها پانل گفته می‌شود. طول هر پانل هم معمولا بین ۲.۵ تا ۶ متر است که گاهی اوقات می‌تواند حتی از این مقدار هم بیشتر شود. شکل این پانل‌ها هم به طور معمول مستطیلی است. اما گاهی اوقات به دلیل شرایط محیطی، از پانل‌های دیگری با اشکال L، T و U هم استفاده می‌شود. ذکر این نکته هم الزامی است که اگر طول پانل‌های دیوار دوغابی بلند باشد، باز آن‌ها را هم به قطعات کوچک تری به نام بارت تقسیم بندی می‌کنند.

شرایط محیط و خاک منطقه حفاری، عمق در نظر گرفته شده برای دیوارها، توع دستگاه‌ها و تجهیزات حفاری و موقعیت اجرای دیوار حائل دیافراگمی از جمله مهمترین عوامل تاثیرگذار در انتخاب طول پانل‌های حفاری به شمار می‌آيند. بسته به طول پانل، عملیات حفاری می‌تواند طی یک، دو یا سه مرحله انجام گیرد. به عبارت دیگر، ممکن است یک پانل به یک، دو یا سه بارت مختلف تقسیم شود. حداکثر اندازه هر بارت در عملیات حفاری هم به اندازه بخش حفار تجهیزات و دستگاه‌های انجام این کار می‌باشد.

2- هدایت دوغاب بنتونیت به درون بارت‌ها

هم در حین حفاری و هم پس از این که حفاری بارت‌ها تکمیل می‌شود، دوغاب بنتونیت را به درون آن‌ها هدایت می‌کنند. این کار به دلیل حفظ پایداری دیواره‌های حفاری انجام شده و از ریزش آن‌ها جلوگیری می‌کند. دلیل اصلی نام گذاری دیوار حائل دیافراگمی به دیوار دوغابی هم همین استفاده از دوغاب بنتونیت می‌باشد. درصد بنتونیت موجود در محلول آن بین ۲ تا ۵ درصد وزنی است. این محلول تا حد زیادی جداره‌ها را در برابر فشار ناشی از آب‌های زیر زمینی، خاک و سرباره مقاوم می‌کند. پس از مدتی و هنگام آغاز مرحله بعدی ساخت دیوار حائل، محلول بنتونیت به وسیله لوله‌هایی به تدریج از محیط حفاری خارج شده و به مخزن تصفیه منتقل می‌گردد.

3- آرماتور گذاری

مرحله بعدی ساخت دیوارهای دوغابی، آرماتورگذاری است. بدون شک، آرماتور یکی از دلایل اصلی مقاومت دیوار حائل دیافراگمی می‌باشد که برای مسلح نمودن بتن، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به نوع پانل‌ها، سبدهای آرماتور طراحی و ایجاد خواهند شد. سپس با کمک جرثقیل‌ها در پانل‌ها و بارت‌ها قرار خواهند گرفت. سبدهای آرماتور عمدتا به شکل مستطیل طراحی می‌شوند. ولی با توجه به شرایط محیطی، امکان استفاده از اشکال دیگر این سبدها هم وجود دارد. برای اتصال میلگردها به یکدیگر و تشکیل سبد آرماتور، معمولا از روش‌های اتصال مکانیکی استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که ممکن است در یک پانل بیش از یک سبد آرماتور قرار بگیرد.

4- آب بندی درز اجرایی

بعد از این که آرماتورگذاری به صورت کامل انجام می‌شود، نوبت به بتن‌ریزی دیوار حائل دیافراگمی می‌رسد. البته قبل از آن لازم است درز بین پانل‌ها آب‌بندی شده تا بتن از این طریق خارج نشود. جهت این امر می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد که به کارگیری تیرهای پیش‌ساخته فلزی یا بتنی، لوله ژوئن، بتن پلاستیک یا روش CWS مهمترین آن‌ها به شمار می‌آيند. در روش CWS بعد از این که حفاری کامل شد، غلاف فلزی که دربرگیرنده واتراستاپ است را در انتهای حفاری نصب می‌کنند.

5- بتن ریزی

مرحله بعدی ساخت دیوارهای دوغابی، بتن ریزی است. در این مرحله بتن ریزی با استفاده از لوله‌های ترمی انجام می‌گیرد. منظور از لوله‌های ترمی، لوله‌هایی قائم بلندی هستند که از اتصال چند لوله کوتاه به وجود آمده و در بخش انتهایی آن یک قیف قرار می‌گیرد. سر تحتانی این لوله‌ها همواره باید بین ۱.۵ تا ۲ متر در بتن قرار داشته باشد تا بتن در حال ریخته شدن، به صوت مستقیم با آب و محلول بنتونیت در تماس نباشد. زمانی که بتن ریزی از پایین انجام می‌گیرد، بنتونیت به دلیل چگالی کمتر روی بتن قرار گرفته و به تدریج از محل گودال خارج می‌شود.

به این ترتیب، از ترکیب بنتونیت با بتن و کاهش مقاومت دیوار دیافراگمی جلوگیری می‌شود. با افزایش سطح بتن درون محل حفاری شده، لوله‌های ترمی هم به آرامی به سمت بالا حرکت می‌کنند. با این حال، تا لحظه تکمیل بتن‌ریزی، سر نهایی این لوله‌ها همچنان باید در بتن قرار داشته باشد. این فرایند باید تا جایی ادامه پیدا کند که بتن به سطح تراز دیوار هادی رسیده و ارتفاع دیوار حائل به مقدار تعیین شده برسد. با انجام بتن‌ریزی به صورت استاندارد، بتن آلوده به بنتونیت در سطح بالای دیوار قرار گرفته و بعدا به راحتی تخریب می‌شود.

6- اتصال مناسب بارت‌ها به یکدیگر

با توجه به این که محل حفاری به پانل‌ها و بارت‌های مختلفی تقسیم می‌شود، فرایند بتن ریزی آن‌ها هم به صورت جداگانه انجام می‌گیرد. اما برای مقاوم شدن دیوار حائل دیافراگمی، لازم است تمامی این بارت‌ها به صورت مستحکم به هم متصل شوند. جهت این امر، از دو روش استفاده می‌کنند. اول این که هنگام بتن‌ریزی بارت‌های اولیه، از لوله‌هایی در قسمت انتهایی استفاده می‌کنند که آب بندی درزها را انجام می‌دهد. این لوله‌ها کاربرد دیگری هم دارند که اتصال مناسب بارت‌ها به یکدیگر است.

زمانی که حفاری بارت‌های ثانویه هم انجام گرفته، آرماتورگذاری انجام شده و می‌خواهند بتن ریزی را انجام دهند، لوله‌های قرار گرفته در مرحله اول را خارج می‌کنند. به این ترتیب، بارت‌های ثانویه به صورت محدب با بارت‌های اولیه متصل می‌شوند. از طرف دیگر، زمانی که بتن ریزی تکمیل می‌شوند، مقداری از آرماتورها در سطح بالایی دیوار را به حالت انتظار باقی می‌گذارند. در آخر، با استفاده از یک لایه افقی تمام میلگردهای مربوط به بارت‌های مختلف به هم متصل شده و یکپارچه بتن ریزی خواهند شد. انجام این کار هم تا حد زیادی به یکپارچگی و افزایش مقاومت دیوار حائل دیافراگمی کمک می‌کند.

7- شروع عملیات گود برداری و مهار گذاری دیوار

پس از آنکه ساخت دیوار حائل دوغابی به پایان برسد، عملیات گودبرداری آغاز می‌شود. دیوارهای حائل را می‌توان هم به صورت مهار شده و هم به شکل مهار نشده طراحی کرد. اگر دیوار مهار نشده باشد، عملیات گودبرداری آغاز شده و تا انتها ادامه می‌یابد. اما اگر این دیوارها به صورت مهار شده طراحی شود، گودبرداری تا عمق معینی انجام شده و مهارها نصب می‌گردند. به همین ترتیب، با انجام هر مرحله گودبرداری، مهارهای بعدی اجرا خواهند شد تا اینکه عملیات به پایان برسد.

روش‌های مختلف حفاری برای اجرای دیوار دوغابی

اولین و مهمترین مرحله ساخت دیوار حائل دیافراگمی، حفاری محل پروژه است. این کار با روش‌های مختلفی انجام می‌‌گیرد که انتخاب بهترین روش، با توجه به شرایط محیطی، خاک و تجهیزات موجود، انجام می‌شود. به طور کلی، روش‌های گوناگون حفاری جهت ساخت دیوارهای دوغابی بر اساس الگوی انجام کار و تجهیزات دسته‌بندی می‌شوند. در این قسمت، شیوه‌های مختلف حفاری را برای تان آورده ایم:

الف- شیوه‌ های حفاری بر اساس الگوی انجام کار

بر این اساس، حفاری دیوارهای دوغابی را با دو روش انجام می‌دهند. اولین شیوه حفاری پانل‌ها به صورت یکی در میان است. به این ترتیب که ابتدا پانل‌ها مشخص می‌شود و پس از انجام محاسبات، یکی در میان حفاری آن‌ها انجام می‌گیرد. بعد از این که حفاری آن‌ها تکمیل شد، سراغ پانل‌های باقی مانده می‌روند. روش بعدی حفاری پانل‌ها، حفاری پانل‌های مجاور یکدیگر است. به این شکل که ابتدا یک پانل به صورت کامل حفاری و بتن‌ریزی می‌شود؛ سپس سراغ پانل بعدی رفته، حفاری و بتن‌ریزی آن انجام می‌شود. به همین شکل، عملیات حفاری و بتن‌ریزی برای تمام پانل‌های مجاور هم به اتمام خواهد رسید.

ب- شیوه‌ های حفاری بر اساس تجهیزات مورد استفاده

ماشین آلات و تجهیزات گوناگونی برای حفاری مکان دیوارهای دوغابی وجود دارد. با توجه به شرایط محیطی، ممکن است به کارگیری هر یک از این تجهیزات مناسب‌تر باشد. رایج‌ترین تجهیزات موجود برای حفاری دیوار حائل دیافراگمی، عبارتند از:

  1. دستگاه هیدروفیز
  2. بیل منقاری
  3. دستگاه گراب

1- دستگاه هیدروفیز

یکی از دستگاه‌های حفاری که در این زمینه مورد استفاده قرار می‌گیرد، هیدروفیز است. این دستگاه دارای یک قاب بوده که در انتهای آن ناخن‌های و تیغه‌های حفار دوران قرار گرفته‌اند. این تیغه‌ها با چرخش خود، خاک و سنگی که در مسیرشان قرار می‌گیرد را برش داده و خرد می‌کنند. برای انتقال خرده‌های حفاری به بیرون از محیط هم از سیستم چرخش گل حفاری استفاده می‌شود. این دستگاه برای انجام عملیات حفاری در زمین‌های با خاک هایی از جنس مختلف، از جمله سست و نرم تا سخت و سنگی کارایی دارد.

2- بیل منقاری

دستگاه دیگری که جهت حفاری دیوار حائل دیافراگمی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بیل منقاری است. این دستگاه کِلَم شِل هم نامیده شده و دارای یک بیل شبیه به منقار در بخش انتهایی بازوی خود می‌باشد. بیل منقاری بیشتر برای حفاری در محیط‌های نرم و سست کاربرد دارد. از طرف دیگر، به دلیل ساختار خاصی که دارد، امکان حفاری با آن تنها تا یک ارتفاع محدود وجود خواهد داشت.

3- دستگاه گراب

یکی از رایج‌ترین دستگاه‌های موجود برای حفاری دیوارهای دوغابی، دستگاه گراب است. این دستگاه از نظر ساختار تقریبا مابین دستگاه هیدروفیز و بیل منقاری قرار می‌گیرد. به این صورت که دارای یک قاب بوده و یک بیل منقاری در انتهای آن قرار می‌گیرد. قاب این دستگاه امکان انجام حفاری دیوار حائل دیافراگمی با آن را تا ارتفاع‌های عمیق‌تری نسبت به بیل منقاری فراهم می‌سازد. البته این دستگاه هم برای زمین‌های نرم و سست، بیشتر کاربرد دارد.

روش‌های مختلف حفاری برای اجرای دیوار دوغابی

مزایا و معایب

روش‌های مختلفی برای مقاوم‌سازی خاک دیوارۀ گودبرداری‌ها وجود دارد که یکی از آن‌ها دیوار حائل دوغابی یا دیافراگمی است. خوب است بدانید استفاده از این روش نسبت به سایر روش های پایدارسازی گود، چه مزایا و معایبی دارد.

مزایای دیوار حائل دیافراگمی

  • سرعت کار حین انجام عملیات بالا است.
  • این روش از سطح ایمنی بالایی در حین و پس از عملیات برخوردار می‌باشد.
  • اجرای این روش ارتعاشات زیاد و سروصدای آزاردهنده ایجاد نمی‌کند.
  • دیوارهای دیافراگمی علاوه بر این که نقش مقاوم‌سازی گود را دارند، در هنگام بهره برداری، به عنوان دیوار حائل نیز استفاده می‌شود.
  • تغییر شکل این دیوارها کم و صلبیت آن‌ها بالا است.
  • برای حفاری در عمق زیاد بسیار کاربردی است.
  • عمق و ضخامت دیوار حائل دیافراگمی قابل تنظیم می‌باشد.
  • امکان استفاده از این دیوارها به عنوان سازه دائمی وجود دارد.

معایب

  • هزینه ساخت این دیوارها در حجم کم خیلی زیاد خواهد بود.
  • به دلیل استفاده از دستگاه‌های حفاری خاص، نیاز به فضای نسبتا زیادی در دو طرف دیوارها وجود دارد. در صورتی که فضای کافی وجود نداشته باشد، ساخت دیوارهای دوغابی دشوار یا غیر ممکن است.
  • بتن تازه و درجاریز در ارتباط با خاک قرار گرفته و این امر موجب افت کیفیت بتن و ناصافی دیوار می‌شود که بعدا خود را نشان خواهد داد.
  • برای اجرای عملیات به نیروهای متخصص نیاز است.
  • برای ساخت این دیوار به دستگاه‌ها و تجهیزات ویژه احتیاج خواهد بود.
مزایا و معایب دیوار دیافراگمی (دوغابی) چیست؟

لطفا به این مطلب امتیاز دهید و ما را در بهینه کردن مطالب یاری نمایید.
one star rate
%0
two star rate
%0
three star rate
%0
four star rate
%0
five star rate
%0
 میانگین رای: 0 نفر

نظرات ( 0 )


ارسال پیام